РЕФЕРАТ
на тему:
Эволюция иммунной системы
2009
Изучение разнообразных видов позвоночных позволяет составить представление об эволюционном развитии иммунной системы вплоть до формирования ее сложноорганизованных механизмов у млекопитающих. Однако филогенез системы приобретенного иммунитета позвоночных, особенно его молекулярных основ, остается неясным, несмотря на многочисленные исследования иммунитета у беспозвоночных. В то же время изучение беспозвоночных проливает свет на происхождение врожденного иммунитета, полностью сформированного уже у позвоночных. Поскольку беспозвоночные чрезвычайно многочисленны и разнообразны — одиночные и колониальные формы, полостные и бесполостные, обладающие и не обладающие ■кровеносной системой, всего более 95% всех видов животных на Земле — среди них можно найти доного удобных объектов для экспериментальных исследований.
Упрощенно представлено эволюционное древо царства животных с разделением от вторичнополостных на две основные ветви, принципиально различающиеся стадиями эмбриогенеза. Одна ветвь, ведущая к первичноротым - моллюскам, кольчатым червям и членистоногим, - дивергировала на этом раннем этапе эволюции от пути, ведущего к появлению вторично-ротых — иглокожих, оболочников и позвоночных. Исследования в области иммунитета у беспозвоночных проводятся в основном на членистоногих и моллюсках, в связи с тем что многие из них являются переносчиками возбудителей болезней или вредителями сельскохозяйственных культур. Поэтому филогенетически более близкие к позвоночным таксоны привлекают гораздо меньше внимания. Кроме того, поскольку все предки позвоночных — вымершие виды, выводы о происхождении иммунитета у позвоночных, сделанные на основании изучения беспозвоночных, могут быть лишь гипотетическими, основанными на предположении о близком родстве некоторых современных животных с предковыми позвоночными.
ИММУНИТЕТ У БЕСПОЗВОНОЧНЫХ
Классификация клеток крови у беспозвоночных
У большинства беспозвоночных имеются белые| кровяные клетки, но красные клетА ки, как правило, отсутствуют. Лейкоциты могут либо быть зафиксированными, либо свободно мигрировать по| кровеносным сосудам, либо заселять заполнен-' ные жидкостью полости тела, называемые цело-мом или гемоцеломом.^ Первые клетки крови образовались, вероятно, из свободноживущих предковых клеток, сходных! с простейшими. У примитивных многоклеточных, например у губок, кишечнополостных и< плоских червей, блуждающие фагоцитарные аме-1 боциты не только выполняют функцию защиты., но и участвуют в процессах питания и экскреции!
На уровне вторичнополостных, тела которых крупнее и более сложно устроены, возникла необходимость в циркуляторной системе для переноса питательных веществ и отходов внутри организма. Амебо-подобные клетки, больше не нужные для собирания пищи, вероятно, мигрировали из соединительной ткани в эту циркуляторную систему. Здесь из них образовалось множество типов клеток, часть которых приобрела специфическую роль в иммунореактивности.
Из-за огромного разнообразия беспозвоночных их свободные лейкоциты невозможно классифицировать, в отличие от лейкоцитов у позвоночных, только по окрашиваемости и морфологии. Однако по функциональным критериям удается выделить пять основных групп таких клеток.
• Клетки-предшественники, которые наряду с имеющейся в том или ином количестве гемо-поэтической тканью могут выполнять роль стволовых клеток. По строению они напоминают лимфоциты позвоночных, но данных о действительной гомологии очень мало.
• Фагоцитарные клетки, вероятно, представляют собой единственный тип клеток, присутствующий у всех представителей царства животных. Они соответствуют грану-лоцитам или макрофагам млекопитающих, но несут иные поверхностные маркеры.
• Гемостатические клетки принимают участие в коагуляции и заживлении ран и важны как эффекторные для распознавания «не-своего».
• Питающие клетки присутствуют лишь у некоторых видов.
• Пигментные клетки имеются у многих видов, но только у некоторых они содержат дыхательный пигмент, напоминая тем самым эритроциты позвоночных.
Беспозвоночные лишены лимфоцитов и антител, но тем не менее обладают эффективными механизмами защиты
Иммунные системы беспозвоночных, очевидно, не включают в качестве компонентов ни иммуноглобулинов, ни взаимодействующих субпопуляций лимфоцитов, ни лимфоидных органов. Тем не менее само существование огромного числа и разнообразия беспозвоночных свидетельствует о наличии у них эффективных систем защиты собственного организма.
Как и у позвоночных, первой линией обороны у них служат эффективные физико-химические барьеры. Слизь, покрываю-! щая тело у многих кишечнополостных, кольча-i тых червей, моллюсков и некоторых оболочников, задерживает и уничтожает потенциальна патогенные микроорганизмы. Твер-| дый наружный скелет, такой как панцирь или скорлупа, у некоторых кишечнополостных и; моллюсков, иглокожих и насекомых также препятствует инвазии в организм чужеродного ма-1 териала.
При нарушении целостности этих барьеров против проникшего в организм чужеродного тела, действует целый ряд взаимосвязанных клеточных и гуморальных защитных механизмов, к ко-| торым относятся следующие.
• Свертывание/коагуляция крови и заживление' ран.
• Фагоцитоз.
• Инкапсулирование.
• Действие врожденных и индуцибельных антимикробных факторов.
Эти механизмы предполагают распознавание, «не-своего» и присутствие рецепторных молекул! в крови и на поверхности клеток крови.
Раны быстро закрываются благодаря коагуляции жидкостей организма, вызываемой гемостатическими клетками и компонентами плазмы
Раны, образующиеся у беспозвоночных при травме или инвазии паразитов, быстро заживают, что предотвращает смертельную потерю жидкостей организма. Раны закрываются вследствие выпячивания жирового тела или кишки, сокращения мышц, коагуляции плазмы, миграции клеток крови к месту поражения и их агрегации с образованием тромба и/или за счет отложения меланина. Миграцию лейкоцитов к ране стимулируют, вероятно, цитокин-подобные факторы.
Тромбирование раны с коагуляцией плазмы наблюдается главным образом у членистоногих, хотя получены данные об аналогичном процессе у кольчатых червей и иглокожих. В коагуляции участвуют гемостатические клетки, которые агрегируют в месте повреждения и выделяют свое содержимое, вызывающее свертывание плазмы и образование прочной гемоцитарной «пробки». У многих видов в этом процессе участвуют и компоненты плазмы. Как и у млекопитающих, сама поврежденная ткань, микробные компоненты, а также изменения концентрации Са2+ или рН индуцируют сложный каскад ферментативных реакций в месте повреждения. Это напоминает альтернативный путь активации комплемента. Система настолько чувствительна, что у мечехвостов, например, она активируется эндотоксином Escherichiacoliв дозе всего 4 нг/мл. Процесс коагуляции чрезвычайно важен, поскольку обеспечивает высокочувствительное распознавание «чужого» благодаря дегрануляции гемостатиче-ских клеток. В коагуляции может принимать участие фермент профенолоксидаза: превращаясь под действием каскада сериновых протеаз в фенолоксидазу, она способствует образованию медиаторов более поздних стадий иммунного ответа. Недавно установлено, что каскад ПФО существует и у других беспозвоночных, таких как круглые черви и оболочники.
Внедрившихся микробов поглощают фагоцитарные клетки, более крупные агенты окружаются многоклеточными капсулами
Фагоцитарные клетки присутствуют у всех беспозвоночных и вместе с врожденными гуморальными факторами образуют первую линию защиты от микроорганизмов. Как и у позвоночных, здесь наблюдаются все фазы их действия: хемотаксис, прикрепление, поглощение и уничтожение. Однако распознавание мишени опосредуют не Fc-рецепторы, и лишь у одного вида на поверхности фагоцитов обнаружены СЗЬ-подобные рецепторы. Фагоцитоз, как и у позвоночных, может происходить без участия опсонизирующих факторов. Однако у моллюсков, членистоногих и оболочников в присутствии лектинов плазмы и компонентов профеноло-ксидазного каскада он усиливается.
Если внедрившиеся патогенные микробы слишком крупны или многочисленны, вокруг них образуются многоклеточные агрегаты, называемые узелками или капсулами и напоминающие гранулемы у млекопитающих. Секвестрированные таким образом микроорганизмы предположительно погибают под действием лизосомных ферментов и лизоцима, содержащихся в лейкоцитах, а также под действием перо-ксидазы и активных форм кислорода.
И фагоцитоз, и инкапсулирование зависят от кооперации гемостатических и фагоцитарных клеток.
Жидкости организма содержат у беспозвоночных ряд врожденных и индуцибельных гуморальных защитных факторов
Врожденные защитные факторы У беспозвоночных не обнаружено иммуноглобулинов, но жидкости организма содержат ряд защитных гуморальных факторов — агглютинины, лизоцим и другие лизины, иные антимикробные соединения, лизосомные ферменты и обездвиживающие факторы. Имеются также данные, указывающие на присутствие компонентов комплемент-подобной системы. Например, у морских ежей на фагоцитах могут присутствовать СЗЬ-подобные рецепторы и обнаружена гуморальная литическая система, сходная с системой комплемента. Кроме того, установлено, что кровь гусениц реагирует с одним из факторов яда кобры и при этом появляется СЗ-конвертазная активность. Обладающий ею фермент расщепляет молекулы СЗ быка с образованием молекул, подобных СЗЬ. Профенолоксидазный каскад у членистоногих сравним с альтернативным путем активации системы комплемента, поскольку оба они стимулируются непосредственно компонентами микробных клеток и включают ряд последовательно активируемых протеаз. Для того чтобы подтвердить наличие у беспозвоночных альтернативных путей активации комплемента, необходимы детальные исследования на молекулярном уровне.